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關(guān)鍵詞 水平衰減全反射傅里葉變換紅外光譜; 離散小波特征提??; 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); 鱗毛蕨科植物; 識別分析
2011-05-15收稿;2011-09-09接受
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1 引 言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,學(xué)科之間的聯(lián)系越來越密切,出現(xiàn)了許多相互交叉、相互滲透的邊緣科學(xué)。20世紀(jì)60年代前后,在植物分類學(xué)與植物化學(xué)這兩門科學(xué)之間出現(xiàn)了一門新的邊緣科學(xué)――植物化學(xué)分類學(xué)[1]。植物化學(xué)分類學(xué)亦稱植物化學(xué)系統(tǒng)學(xué),是利用化學(xué)的特征,來研究植物各類群間的親緣關(guān)系,探討植物界的演化規(guī)律。對于一個植物體而言,其化學(xué)成分不是單一的,如何利用其復(fù)雜的化學(xué)成分來進行物種間的鑒別成為一個植物化學(xué)分類學(xué)的焦點問題[2]。傅里葉變換紅外光譜由于能給出復(fù)雜體系的所有物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息,不同植物體具有不同的化學(xué)成分或相同的化學(xué)成分所占比例的不同,都可以產(chǎn)生不同的傅里葉變換紅外光譜,因而將傅里葉變換紅外光譜技術(shù)作為一種分析工具應(yīng)用于植物的識別具有重要的理論意義和現(xiàn)實依據(jù)[3]。借助于化學(xué)計量學(xué),能夠更為準(zhǔn)確和快速地利用傅里葉變換紅外光譜法進行植物的分類與識別[4~9]。
蕨類植物早在4億年前便已遍布地球表面,它同時兼具原始維管束植物與高等隱花植物雙重演化的地位。大多數(shù)蕨類植物均有藥用價值,藥用蕨類植物含有黃酮、甾類、生物堿等活性物質(zhì),對多種疾病有明顯療效[10]。本研究選擇形態(tài)較為相似的3種鱗毛蕨科的中型草本植物貫眾、闊鱗鱗毛蕨及變異鱗毛蕨為分析對象,采用水平衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法測定FT-IR后運用離散小波進行特征提取,得到特征向量值后進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及檢驗,得到了較高的識別率。
2 實驗部分
2.1 儀器與樣品
NEXUS 670型傅里葉變換紅外光譜儀(美國Thermo公司),配DTGS 檢測器,OMNIC E.S.P. 5.1智能操作軟件,水平衰減全反射(HATR)附件,光譜范圍為4000~650 cm
Symbolm@@ 1,分辨率2 cm
Symbolm@@ 1, 掃描累加次數(shù)64次。
貫眾為鱗毛蕨科植物貫眾(Cyrtomium fortunei J. Sm)的干燥全草;闊鱗鱗毛蕨為鱗毛蕨科植物闊鱗鱗毛蕨(Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching)的干燥全草;變異鱗毛蕨為鱗毛蕨科植物變異鱗毛蕨(Dryopteris varia (L.) O. Ktze.)的干燥全草。所有樣品均于2008年3月分別采自于浙江金華北山及四川峨眉山,并經(jīng)過浙江師范大學(xué)植物學(xué)教研室及上海師范大學(xué)植物學(xué)教研室鑒定。將采得的樣品洗凈,不經(jīng)過任何化學(xué)處理,于避光處晾干。然后分別裁取樣品的根部作為分析的對象,放入粉碎機中粉碎,再置于瑪瑙研缽上研磨成約75
SymbolmA@ m的細小均勻粉末。準(zhǔn)確稱取每種樣品8 mg,待測。
2.2 測定方法
在采集數(shù)據(jù)前,按要求將HATR附件水平放置于傅里葉變換紅外光譜儀的樣品倉中,分別將樣品粉末置于鍺晶片與校正壓力裝置之間,轉(zhuǎn)緊壓力裝置后直接測定樣品的FT-IR。為了降低測定誤差,每次測定接觸面積均固定為0.314 mm.2,圖譜基線采用自動校正法進行校正。
2.3 數(shù)據(jù)處理
通過測定,得到樣品的FT-IR。采用Matlab 6.1軟件,對拷貝自實驗中所給定的樣品的FT-IR進行一維離散小波變換,在各個分辨率下觀察樣品的FT-IR差異程度,從中選擇兩個具有代表性的分辨率進行提取特征向量值。進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別時,以3種蕨類根部的FT-IR作為實驗樣本。樣本的訓(xùn)練集和測試集各選取240個,每種植物不同產(chǎn)地的訓(xùn)練數(shù)及預(yù)測樣本數(shù)各選擇40個,樣本經(jīng)過FT-IR測定后進行一維離散小波特征提取,其所選擇的特征向量值作為特征信息進行ANN的訓(xùn)練與預(yù)測。
3 結(jié)果與討論
3.1 鱗毛蕨科3種植物根的HATR-FTIR譜圖比較
貫眾、闊鱗鱗毛蕨和變異鱗毛蕨3種植物根部典型的FT-IR如圖1所示。
圖1 3種蕨類植物根部的FT-IR
Fig.1 FT-IR spectra of the root of three kinds of pteridophyte plants
a. 貫眾; b. 闊鱗鱗毛蕨; c. 變異鱗毛蕨。a. Cyrtomium fortunei J. Sm; b. Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching; c. Dryopteris varia (L.) O. Ktze.
從圖1可見,由于黃酮、甾類、生物堿、三萜類化合物、鞣質(zhì)、甾醇、內(nèi)酯、氨基酸等是蕨類植物中主要的活性物質(zhì),故在3300 cm
Symbolm@@ 1均有羥基伸縮振動吸收峰,并在1030~1200 cm
Symbolm@@ 1間出現(xiàn)不同的CO鍵伸縮振動吸收峰。在3378 cm
Symbolm@@ 1處的吸收峰為三萜類、多糖類和甾醇類化合物的羥基吸收峰。3328,1612和1434 cm
Symbolm@@ 1處的吸收峰為氨基酸的氨基和酸根吸收峰。1031 cm
Symbolm@@ 1處為糖類的CO吸收峰,由于1031 cm
Symbolm@@ 1處的吸收峰為第一強峰,可推斷屬多糖類化合物。在2921和1373 cm
Symbolm@@ 1處的吸收峰為CH2和CH3的吸收峰。
由于3種蕨類植物為同科植物,所含化學(xué)成分比較相近,所以從所得FT-IR圖譜很難直接獲得更多分類識別的信息。小波變換是繼傅里葉變換后所出現(xiàn)的一種更為有效的信號處理及特征提取方法,素有“數(shù)學(xué)顯微鏡”之稱。為了更為直觀地識別3種鱗毛蕨科植物,采用離散小波變換進行提取特征向量值。它能將圖譜變換為一系列小波系數(shù),這些系數(shù)可以被高效壓縮和存儲。提取特征向量后進一步采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行分類識別。
3.2 3種蕨類植物的離散小波特征提取
在進行離散小波分解時,應(yīng)該根據(jù)信號的光譜特性選擇適當(dāng)?shù)男〔ɑ瘮?shù)和分解層數(shù)。在小波多分辨率分解過程中,根據(jù)HATR-FT-IR信號的特性并比較不同分辨率下信號分解的效果, 確定合適的小波基及小波尺度。其標(biāo)準(zhǔn)是突出原始光譜中的若干個特征峰,并選取平滑性好的小波基。常用的小波基有Mexicon hat,Meyer,Morlet,Daubechies,Coiflet及Symlets等(圖2)。以小波基形狀與待分析信號形狀是否更接近及衰減信號是否更快作為選擇的前提,經(jīng)比較分析,選取了Daubechies小波作為“分析小波”。本研究提取小波域中原始信號FT-IR中的兩個特征峰,以提取其特征值。對3種蕨類植物的FT-IR分別進行了一維離散小波變換,分解的層數(shù)為5。經(jīng)過比較分析,選擇其中兩層(4和5)提取特征值。
圖3為利用離散小波變換分別對貫眾、闊鱗鱗毛蕨及變異鱗毛蕨的FT-IR進行多分辨率離散小波變換分解的結(jié)果。由圖3可見,當(dāng)離散小波變換的分辨率比較低時,從小波域上無法分辨其光譜的主要特征,因為其中有較多的細節(jié)干擾信號。而細節(jié)信號對光譜變化比較敏感,對原始光譜中各個特征峰反應(yīng)過于強烈,不利于特征提取。因此,取第4層和第5層這2個分辨率的離散小波細節(jié)信號作為特征變
圖2 小波基函數(shù)的曲線
Fig.2 Wavelet basis function curves in time domain
(a) Mexicon hat wavelet;(b) Meyer wavelet;(c) Morlet wavelet;(d) Daubechies wavelet;(e) Coiflet wavelet;(f) Symlets wavelet.
圖3 離散小波分解3種蕨類根部FT-IR的結(jié)果
Fig.3 Result of pre-processed spectra of FTIR spectra of the root of three kinds of pteridophyte plants with multiresolution discrite wavelet transform (DWT)
量提取空間。特征變量定義為離散小波域內(nèi)第4層和第5層這2個分辨率下光譜的能量。為了有效提取離散小波域內(nèi)兩個分辨率下的具有代表性的特征值,對每個分辨率下的光譜分別劃分特征區(qū)間??紤]到植物FT-IR譜的復(fù)雜性,本研究從區(qū)別比較大的兩個區(qū)域劃分了特征區(qū)間(圖4)。由圖4可見,第4層和第5層每層劃分為兩個區(qū)域,每種植物共獲得4個特征值,作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出值。
圖4 3種蕨類植物特征區(qū)間劃分示意圖
Fig.4 Division of two feature regions of detail signal in DWT domain
a. 貫眾; b. 闊鱗鱗毛蕨; c. 變異鱗毛蕨。a. Cyrtomium fortunei J. Sm; b. Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching; c. Dryopteris varia (L.) O. Ktze.
3.3 反向傳播(Back-propagation,BP)算法
由于本研究主要用于植物的分類和識別,故采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反向傳播(BP)網(wǎng)絡(luò)模型。對于反向傳播神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),當(dāng)各節(jié)點均采用Sigmoid 型函數(shù)時,一個隱含層就足以實現(xiàn)任意的判決分類問題。采用本研究組已建立的算法[11],并采用隨機輸入方式。
3.4 網(wǎng)絡(luò)確定與應(yīng)用結(jié)果
經(jīng)實驗確定BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為4個輸入節(jié)點、6個隱層節(jié)點和3個輸出節(jié)點,誤差0.05, α為0.8,η為0.02??疾煊?xùn)練成功的網(wǎng)絡(luò)對3種蕨類植物如何進行識別。所用的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中4個輸入節(jié)點依次為歸一化為0~1之間的4個特征向量,輸出節(jié)點按作為教師信號的蕨類植物種類分為:1類(貫眾);2類(闊鱗鱗毛蕨);3類(變異鱗毛蕨)。訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)對240個不同產(chǎn)地樣品的FT-IR經(jīng)過離散小波變換后的特征向量數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果見表1。
從預(yù)測結(jié)果可見,貫眾、闊鱗鱗毛蕨及變異鱗毛蕨這3種蕨類植物均基本上被正確判別,只有采自四川峨眉山的闊鱗鱗毛蕨和變異鱗毛蕨各有一個樣本被錯誤分類,兩產(chǎn)地的預(yù)測準(zhǔn)確率平均值分別達100.00%, 98.75%和98.75%。
3.5 結(jié)論
(1)蕨類植物作為藥用多使用根部,考慮到根部受環(huán)境的影響相對比較小,所以研究時采用蕨類根部作為實驗對象;(2)與壓片法及液膜法不同,利用HATR-FT-IR法測定蕨類植物,能進行直接測定獲得譜圖,從而使所得FT-IR有較好的可比性。采用離散小波變換進行數(shù)據(jù)壓縮可以對紅外吸收較為相似的貫眾、闊鱗鱗毛蕨及變異鱗毛蕨3種蕨類植物的FT-IR進行特征提取。選擇第4層和第5層分辨率下的特征值作為分析的基礎(chǔ),從所得特征值進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類能夠較為有效地進行分類。此方法在形態(tài)較為相似的同科植物貫眾、闊鱗鱗毛蕨及變異鱗毛蕨3種蕨類植物的分類上具有較高的可行性,從而為光譜學(xué)與計算機科學(xué)技術(shù)相結(jié)合在植物分類學(xué)中的更為廣泛的應(yīng)用提供了較為科學(xué)的研究基礎(chǔ)。
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Recognition Among Three Kinds of Pteridophyte Plants Based on
Fourier Transform Infrared-Discrete Wavelet Feature Extraction
and Artificial Neural Network Classification Method
YU Peng.1, XU Rui.2, CHENG Cun-Gui*1
.1(College of Chemistry and Life Science, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China)
.2(College of Chemical and Pharmaceutical Engineering,
Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)
Abstract Fourier transform infrared (FT-IR) and horizontal attenuated total reflectance (HATR) techniques were used to obtain the FT-IR of three kinds of pteridophyte plants (the root of Cyrtomium fortunei J. Sm, Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching and Dryopteris varia (L.) O. Ktze.). The similar features of FT-IR among the root of Cyrtomium fortunei J. Sm, Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching and Dryopteris varia (L.) O. Ktze. were extracted by discrete wavelet transform. The scale 4 and 5 were used to extract the feature vectors, which were used to train the artificial neural network(ANN). The trained neural network was used to classify the root of Cyrtomium fortunei J. Sm, Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching and Dryopteris varia (L.) O. Ktze., which were collected from different places. According to 240 prediction samples, we could effectively identify the root of Cyrtomium fortunei J. Sm, Dryopteris championii (Bench) C. Chr. apud Ching and Dryopteris varia (L.) O. Ktze. by FT-IR with discrete wavelet feature extraction and artificial neural network classification.
1 地學(xué)科普教育的地位與現(xiàn)狀
地球是人類和動植物賴以生存的星球。地球科學(xué)是以地球系統(tǒng)(巖石圈、水圈、生物圈和日地空間)的變化過程及其相互作用為研究對象的基礎(chǔ)學(xué)科,主要包括:地球的圈層結(jié)構(gòu);地球各圈層之間的關(guān)系及其相互作用,如大氣圈、水圈、地幔地殼的相互作用,大陸與海洋,山脈與盆地的形成等;地球物質(zhì)構(gòu)成,各種元素—礦物—巖石—礦床—地層的成因、分布及其遷移富集規(guī)律;地質(zhì)事件,主要表現(xiàn)為地殼運動在地表的反應(yīng),如火山、地震、海嘯、斷裂等;預(yù)測和預(yù)防將來發(fā)生的地質(zhì)事件。簡言之,地球科學(xué)是探索地球成因和演化、勘探和開發(fā)利用自然資源、優(yōu)化保護人類生存環(huán)境的一門科學(xué)。
由于地球科學(xué)研究對象的直觀性、親近性,以及與人類生活的緊密關(guān)系,地學(xué)科普一直是世界各國科普教育的主要學(xué)科。礦物、巖石、古生物等各類地質(zhì)博物館是地學(xué)科普最主要的形式之一。同時,各類地質(zhì)遺跡,如美國黃石國家公園、夏威夷現(xiàn)代火山公園、中國的黃山地質(zhì)公園等實地地質(zhì)科普基地不斷涌現(xiàn)。隨著地質(zhì)理論的發(fā)展(地球板塊理論)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步(計算機技術(shù)等),各類聲、光、電地學(xué)科普形式日益生動和便捷。
我國地學(xué)科普基地主要分布于國土資源系統(tǒng),包括科技博物館類、地質(zhì)公園類和實驗基地類。國家地質(zhì)博物館已有百年歷史。據(jù)國土資源部信息,我國目前認定的國土資源科普教育基地有地質(zhì)博物館類36個,地質(zhì)公園類61個,實驗基地類8個。值得一提的是,常州市武進區(qū)城東小學(xué)地學(xué)科普館、南京市雨花臺中學(xué)雨花石文化博物館進入認定之列。
盡管我國地學(xué)科普基地建設(shè)取得長足進展,但不論是數(shù)量、質(zhì)量以及科普方式上仍存在很多不足。
1)地學(xué)科普基地數(shù)量遠不能滿足需求。我國有13.4億人口,40多萬所中小學(xué),1.7億中小學(xué)在校學(xué)生。每個省僅有1~2個地學(xué)科普基地。
2)科普館大多面向大眾,對中小學(xué)生的針對性、趣味性不強。大多數(shù)博物館僅僅以實物和標(biāo)簽作為主要展示內(nèi)容,對標(biāo)本實體的解釋簡單專業(yè),不夠生動形象,忽視了觀賞性和趣味性,難以提高中小學(xué)生的興趣。
3)地學(xué)科普館多以參觀為主,學(xué)生動手參與不夠。事實上地球科學(xué)是一門實踐性很強的綜合科學(xué),與物理、化學(xué)、自然、地理等學(xué)科密切相關(guān)。從礦物標(biāo)本的質(zhì)、形、色的觀察,物理化學(xué)性質(zhì)的測定,顯微鏡下欣賞美輪美奐的礦物微觀世界,到寶玉石的加工,每一個環(huán)節(jié)都滲透著豐富的理化知識和實用價值,激發(fā)著學(xué)生的動手興趣。
4)許多場館、地質(zhì)公園與旅游經(jīng)營為一體,一定程度上限制了中小學(xué)生參觀學(xué)習(xí)。
5)由于科普基地十分稀少,以及上述種種原因,地學(xué)科普實際上僅僅是一游而過,走馬觀花,達不到科普的目的,更談不上科普進課堂的要求。
總之,推廣中小學(xué)礦產(chǎn)資源與地球知識科普基地建設(shè),無論是對培養(yǎng)中小學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高科學(xué)素質(zhì)和科技能力的智育教育,還是熱愛祖國、節(jié)約資源、保護環(huán)境的素質(zhì)教育,都有十分重要的作用。能夠用我們的專業(yè)知識服務(wù)于國民的科普教育,也是地質(zhì)學(xué)家的責(zé)任和義務(wù)。
2 建立中小學(xué)礦產(chǎn)資源與地球知識科普基地的可行性
學(xué)生需要、國家鼓勵、社會支持,當(dāng)前普及中小學(xué)地學(xué)科普教育基地的條件全面成熟。
國家十分重視中小學(xué)科普教育,把科教興國作為基本國策,把創(chuàng)新型國家建設(shè)和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)作為21世紀(jì)科學(xué)教育的核心任務(wù)?!犊茖W(xué)技術(shù)普及法》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要》《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要》等法律規(guī)劃,全面明確了科普的法律地位和發(fā)展方向。2011年,教育部、科技部、中國科學(xué)院、中國科協(xié)為此聯(lián)合下發(fā)《建立中小學(xué)科普教育社會實踐基地,普遍開展科普教育活動》的通知。國家的大力支持和鼓勵,為中小學(xué)科普基地建設(shè)創(chuàng)造了前所未有的良好政策環(huán)境和社會氛圍。
受學(xué)生需求和國家政策的激勵,社會辦科普全面興起。各級政府和教育部門采取多種形式支持中小學(xué)科普基地建設(shè),一些有條件的中小學(xué)在專業(yè)力量的支持下,在校園內(nèi)開辦了科普基地。以國土資源科普教育基地建設(shè)為例,2011年,常州市武進區(qū)城東小學(xué)地學(xué)科普館、南京市雨花臺中學(xué)雨花石文化博物館被國土資源部認定為全國國土資源科普教育基地。在城市、中心教育區(qū)和有條件的學(xué)校建設(shè)科普基地,全面推廣地學(xué)科普基地建設(shè)的時機日趨成熟。
3 礦產(chǎn)資源與地學(xué)知識科普基地的內(nèi)容和形式
現(xiàn)有地學(xué)科技博物館的不足表明,中小學(xué)礦產(chǎn)資源與地學(xué)知識科普基地的科普內(nèi)容和形式必須具有知識性、趣味性、觀賞性和學(xué)生動手參與的機會,并引入現(xiàn)代計算機手段。科普內(nèi)容包括以下主要形式。
3.1科普內(nèi)容
1) 實物標(biāo)本。
礦產(chǎn)資源類:如圖1所示,包括石油、煤炭、鐵礦石、銅礦石等礦石標(biāo)本。介紹這些資源的性質(zhì)、產(chǎn)地、用途、冶煉加工以及和人民生活的關(guān)系。目的是普及礦產(chǎn)資源知識,了解祖國寶藏,感知資源的稀缺與可貴,培養(yǎng)愛國主義和保護資源環(huán)境的意識。
礦物晶體類:地殼由巖石組成,巖石由礦物構(gòu)成。礦物晶體是地質(zhì)作用形成的,具有穩(wěn)定化學(xué)成分、規(guī)律的內(nèi)部質(zhì)點排列和獨特外觀形態(tài)的自然元素或化合物。礦物成份、結(jié)構(gòu)和形成條件的千差萬別,不但賦予了每一種礦物不同的品性,而且呈現(xiàn)出鬼斧神工、美輪美奐的大自然藝術(shù)品的氣概。礦物晶體中蘊含著豐富的物理、化學(xué)、自然、地理、藝術(shù)甚至民族文化知識,是學(xué)識結(jié)合,興趣教育的難得素材,如圖2所示。
古生物化石類:化石是地球歷史上曾經(jīng)存在的古代生物的遺體、遺跡經(jīng)過石化作用保留在地層中的形體,是研究地球演化和生物進化的重要素材?;螒B(tài)的直觀性,以及所反映的生物演化過程,對中小學(xué)生有很強烈的吸引力。
根據(jù)學(xué)校特點和周邊教育資源的分布,以上內(nèi)容在基地建設(shè)中可以有所側(cè)重。一般而言,古生物化石(圖3)可作為輔助內(nèi)容。
2)科普貼圖。一類是有關(guān)地球演化的示意圖,要求把專業(yè)性和通俗性相融合。第二類是礦產(chǎn)類,形象表示我國典型礦產(chǎn)的分布和數(shù)量,配合礦產(chǎn)標(biāo)本,起到熱愛祖國、保護資源環(huán)境的目的。第三類是資源利用類,包括礦產(chǎn)開采—冶煉加工—產(chǎn)品的過程,特點是每一個過程融入相應(yīng)的理化知識說明,讓學(xué)生學(xué)識結(jié)合。為了增強學(xué)生的興趣,可以增添寶玉石加工的過程。第四類,配合學(xué)生動手參與,張貼一些物質(zhì)理化變化過程的圖表。
3)電腦演示。結(jié)合展示內(nèi)容,采用觸摸屏,生動展示地球演化、地震、火山、生物進化、礦產(chǎn)資源、礦物晶體等知識。為增強學(xué)生興趣,還可植入知識問答內(nèi)容,開展互動參與。
4)動手實踐。這一環(huán)節(jié)是當(dāng)前地學(xué)科普中普遍短缺的內(nèi)容。準(zhǔn)備一些礦石、礦物晶體小標(biāo)本,化學(xué)試劑、折光率測試儀、顯微鏡及其礦物巖石薄片等。①讓學(xué)生親自觸摸標(biāo)本,感受實物質(zhì)地;②學(xué)生用化學(xué)試劑,親自實驗不同礦物的化學(xué)變化過程,增強和鞏固化學(xué)知識;③用折光率測定儀、硬度儀等簡單物理儀器,測定礦物的物理性質(zhì),增強和鞏固物理學(xué)知識;④顯微鏡下欣賞美輪美奐的礦物微觀世界,感受地質(zhì)學(xué)家是怎樣鑒定礦物。
3.2 科普形式
1)參觀學(xué)習(xí)。結(jié)合實物、相關(guān)圖片和電腦演示,組織學(xué)生了解相關(guān)知識。要點:學(xué)知識,長見識,養(yǎng)興趣。
2)科普進課堂。結(jié)合中小學(xué)課程教育,在適當(dāng)環(huán)節(jié)把物理、化學(xué)、自然、生物等教育課程搬進試驗基地,真正做到科普進課堂,課程進基地。要點:學(xué)識結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣,增加科學(xué)知識和探索精神。
3)愛國主要專題教育。結(jié)合實物,讓學(xué)生了解國情,開展熱愛祖國寶藏、保護資源環(huán)境、厲行資源節(jié)約等愛國主要素質(zhì)教育。要點:我國資源稀缺,經(jīng)濟社會發(fā)展受資源制約;資源開發(fā)難度大,成本代價高,環(huán)境污染嚴重;資源高消費影響經(jīng)濟社會發(fā)展。
4 推廣路徑和條件
根據(jù)各地區(qū)中小學(xué)科普教育規(guī)劃和條件,可在城市、中心學(xué)區(qū)、典型學(xué)校建立礦產(chǎn)資源與地球知識科普教育基地。當(dāng)然,一般學(xué)校也可以在校區(qū)門口、教學(xué)樓門廳旁或樓道內(nèi)陳列具有觀賞性的典型地學(xué)標(biāo)本,花錢不多,既可起到科普作用,又可美化校園,增強學(xué)校的“氣場”。
市級科普基地:科普內(nèi)容全,以知識普及為主,規(guī)模相對較大。一般場館面積500~1000 m2,配置實體標(biāo)本300~500件,標(biāo)本要求尺寸較大,觀賞性強。市級科普基地可以市場化面向公眾開放。
中心學(xué)區(qū)科普基地:科普內(nèi)容較全,以知識普及和和教育為主,規(guī)模中等。一般場館面積200~300 m2,配置實體標(biāo)本200~300件,標(biāo)本尺寸適中,并具觀賞性。這一級別的科普基地應(yīng)配置學(xué)生動手參與的實踐內(nèi)容。
校內(nèi)科普基地:面向課程的科普教育,規(guī)模適度,試條件規(guī)劃場館面積,配置實體標(biāo)本100~200件,要求標(biāo)本大小適中,配置適量觀賞性強的大標(biāo)本。學(xué)??破栈貞?yīng)配置較為豐富的學(xué)生動手參與的實踐內(nèi)容,實現(xiàn)科普進課堂或課程進基地。
關(guān)鍵詞 氣象科普;防災(zāi)減災(zāi);現(xiàn)狀;對策;山東聊城
中圖分類號 P49 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)19-0233-01
氣象科普工作是科學(xué)普及工作的重要組成部分,長期以來,氣象部門緊緊圍繞服務(wù)社會公眾這一中心需求,開展了卓有成效的工作。隨著全球氣候變暖,氣象災(zāi)害呈現(xiàn)高發(fā)頻發(fā)趨勢,同時經(jīng)濟社會高速發(fā)展和對高質(zhì)量生活的追求,使人們對天氣、氣候變化越來越關(guān)注,在新形勢下如何更好地開展氣象科普工作,對提高公眾的氣象知識儲備、有效應(yīng)用氣象預(yù)報產(chǎn)品和增強災(zāi)害防御本領(lǐng),具有十分重要的意義。
1 聊城市氣象科普工作現(xiàn)狀
近年來,聊城氣象部門在氣象科普工作方面進行了卓有成效的嘗試,并積累了一定的經(jīng)驗。所屬市縣氣象臺站定期或不定期對中小學(xué)生或大學(xué)生開放,把他們請進來或派遣專家講解氣象科學(xué)知識和災(zāi)害防御措施,讓他們親自動手進行氣象觀測、體會影視主播、感受人工增雨防雹,讓青年學(xué)生感受氣象的奧秘和科學(xué);通過每年“世界氣象日”“防災(zāi)減災(zāi)日”“全國科技活動周”“全國科普日”“安全生產(chǎn)咨詢?nèi)铡钡绕鯔C,積極組織或參加政府部門舉辦的重大科普宣傳活動,開展科普講解、發(fā)放各類氣象科普宣傳畫、災(zāi)害防御明白卡及氣象資料,不斷將氣象科技向街道、社區(qū)、工廠、農(nóng)村傳播;借助報紙、電視、短信等傳統(tǒng)媒體及網(wǎng)站、微搏等新媒體廣泛宣傳氣象科技新動態(tài)、新成果,解析天氣氣候現(xiàn)象,普及科普知識。
聊城市氣象科普館始建于2003年,坐落在鳳凰苑高科技農(nóng)業(yè)示范園內(nèi),建筑面積逾1 600 m2,采用現(xiàn)代裝修理念及科幻風(fēng)格。展館內(nèi)有大量展板、燈箱、圖片、氣象探測設(shè)備、立體電影、小球大世界、趣味性游戲等各類模型或?qū)嵨?,安置了雷電模擬器、人影發(fā)射裝置模型、自動氣象站等設(shè)施。先后被山東省科協(xié)、山東省氣象局(氣象學(xué)會)、中國氣象局(氣象學(xué)會)、中國科協(xié)命名為“山東省青少年科普教育基地”“氣象科普教育基地”“全國科普教育基地”,年接待參觀者在2萬人次,發(fā)放各類宣傳材料3萬余份,起到了較好的教育宣傳效果。
2 氣象科普工作存在的主要不足
2.1 形式固化
多年來主要依靠氣象日等活動契機開放氣象臺站和科普館、專家講課、媒體推送等形式進行科普,缺乏更加新穎多樣的形式。
2.2 內(nèi)容單調(diào)
缺乏多樣性、創(chuàng)新性,講解氣象科技知識多,與經(jīng)濟社會生活相結(jié)合的內(nèi)容少。
2.3 缺乏協(xié)作
與其他部門、行業(yè)協(xié)同科普的成效不大,有效協(xié)作的機制尚未建立。
2.4 缺乏演練
科普多為知識講解和圖像圖形演示,模擬場景不夠,公眾缺少參與感,缺乏提高防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急工作實戰(zhàn)能力的演習(xí)演練。
2.5 覆蓋范圍有限
傳統(tǒng)形式科普的受眾人群有限,新媒體影響的范圍非本行業(yè)能掌控,對廣大農(nóng)村居民也缺乏有效的科普措施。
3 對策
科普工作是一個具有系統(tǒng)性、計劃性和經(jīng)常性的民生教育工程,應(yīng)由政府主導(dǎo)、各部門協(xié)作、全社會參與共同推進,從而形成發(fā)展合力。從國民素質(zhì)教育抓起,開展廣泛的科普教育宣傳并組織有效的演習(xí)演練,強化與部門及行業(yè)的協(xié)作,加強科普隊伍建設(shè),提升公眾防御災(zāi)害包括氣象災(zāi)害的意識和避險自救的能力。
氣象科普還應(yīng)兼顧通俗化、大眾化的特點,公眾能不能聽得懂、用得上各種氣象信息產(chǎn)品,是衡量公共氣象服務(wù)效益的主要標(biāo)準(zhǔn),而“聽得懂”和“用得上”離不開通俗化的氣象科普,因此科普的形式和內(nèi)容應(yīng)更具通俗化、大眾化,更貼近百姓的生活。
3.1 強化國民素質(zhì)教育
將氣象等科普教育特別是避害自救知識,分類別、分層次列入中小學(xué)教育體系中,從青年學(xué)生抓起,逐步提升全社會公民的科學(xué)素養(yǎng)。近年來,聊城市政府組織編寫發(fā)放《聊城便民手冊》,將氣象災(zāi)害避險措施和應(yīng)急處置納入其中,起到了很好的宣傳普及效果。
3.2 廣泛開展科普教育宣傳
積極利用新媒體,開發(fā)制作集科學(xué)性、知識性、趣味性于一體的氣象科普作品;充分利用現(xiàn)有電視、廣播、手機、電話、電子顯示屏等氣象信息手段開展氣象科普宣傳,不斷提高氣象科普公眾覆蓋面;繼續(xù)利用氣象日、科普日、防災(zāi)減災(zāi)日等活動日做好開放和宣傳工作;積極發(fā)揮科普教育基地的作用,為提高社會公眾應(yīng)對氣候變化和氣象防災(zāi)減災(zāi)、避險自救能力做出更多的努力。
科普內(nèi)容上應(yīng)更多元和開放,新時期社會公眾對氣象預(yù)報準(zhǔn)確率和精細化服務(wù)的需求越來越高,而氣象科技發(fā)展本身有著難以逾越的瓶頸,如天氣預(yù)報和人工影響天氣能力的不足,這些也應(yīng)該作為新時期氣象科普的重要內(nèi)容,爭取公眾對氣象的理解和支持。
3.3 開展應(yīng)急演練
在氣象科普教育活動中,可由政府相關(guān)部門組織,以學(xué)校、部門、社區(qū)、村莊為單位分類別開展氣象科普專項演練,采用模型展示、災(zāi)害場景等講解災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展的原理以及如何防御氣象災(zāi)害科學(xué)知識,增強科普教育的生動性,同時檢驗知識掌握及應(yīng)變能力。
3.4 強化與其他部門行業(yè)的協(xié)作
強化與科協(xié)、民政、農(nóng)業(yè)、教育、環(huán)境、交通、旅游等部門協(xié)作,強化與電力、汽車、拓展等行業(yè)的結(jié)合,深度挖掘與生活息息相關(guān)的氣象科普資源,讓科普更具針對性。
3.5 加強科普隊伍建設(shè)
氣象部門加強科普隊伍建設(shè),加強與媒體、應(yīng)急部門、社會團體、企業(yè)單位協(xié)作,廣泛開展針對性的科普教育;積極發(fā)揮基層氣象協(xié)理員、信息員的作用,強化廣大農(nóng)村地區(qū)遇險自救的能力。
3.6 完善科普設(shè)施建設(shè)
推進互聯(lián)網(wǎng)+氣象科普網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù)。建設(shè)布局合理、功能完善的氣象科普場館,加強氣象科普教育資源建設(shè),推進氣象科普網(wǎng)絡(luò)共享服務(wù),加強氣象科普示范工程建設(shè),實現(xiàn)氣象科普業(yè)務(wù)化、常態(tài)化、社會化發(fā)展,氣象科普資源更加豐富,多元化的氣象科普信息傳播機制進一步健全,深入開展氣象科普教育培訓(xùn)。
4 結(jié)語
基層氣象科普是一項長期而艱巨的任務(wù),隨著社會的發(fā)展,其內(nèi)容和形式也將不斷發(fā)生變化,惟有緊跟時代的步伐,集思廣益、強化創(chuàng)新,將科普納入整個氣象現(xiàn)代化體系中協(xié)調(diào)推進,并且不斷完善科普網(wǎng)絡(luò),強化防災(zāi)減災(zāi)知識普及,才能持續(xù)有效地提高全社會應(yīng)對氣候變化和氣象防災(zāi)減災(zāi)能力,為構(gòu)建和諧社會和全面建成小康社會做出新的更大的貢獻。
5 參考文獻
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關(guān)鍵詞:氣象災(zāi)害;氣象科普;工作機制
2015年4月28日江蘇省常州市遭遇冰雹災(zāi)害,常州市氣象_緊急雷電黃色預(yù)警信號、雹橙色預(yù)警信號及相關(guān)避險指南,但這次災(zāi)害還是造成了巨大損失,主要原因在于當(dāng)?shù)厝罕娙狈茖W(xué)的災(zāi)害預(yù)警和災(zāi)害防御知識。據(jù)不完全統(tǒng)計,全市受災(zāi)人口20821人,農(nóng)作物絕收面積605.99公頃,房屋損壞19104間,直接經(jīng)濟損失15721萬元。鑒于此,氣象和科普部門采用持續(xù)有效創(chuàng)新的方式實施氣象災(zāi)害科普是氣象和科普行業(yè)的重要任務(wù)。
一、實施氣象災(zāi)害科普的社會價值
(一)氣象災(zāi)害的危害
氣象災(zāi)害主要包括洪澇、干旱、熱帶氣旋、低溫冷凍、風(fēng)雹、濃霧及沙塵暴等,共7大類20余種,進行細分可達到數(shù)百種。中國是世界上氣象災(zāi)害發(fā)生非常頻繁、損失嚴重的國家之一,干旱、暴雨洪澇以及臺風(fēng)是最為常見且易造成嚴重危害的災(zāi)害,此外沙塵暴、霜凍、冰雹、霧災(zāi)等災(zāi)害的危害也比較大。
建國以來,洪澇災(zāi)害年均受災(zāi)面積約3000萬公頃,共造成26.3萬人死亡、11074萬間民房倒塌,每年造成直接經(jīng)濟損失幾百億元,重災(zāi)年達到1000億以上。干旱對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展也會造成廣泛而深遠的危害。自1949年以來,全國每年因干旱而受災(zāi)的農(nóng)作物面積達到667萬公頃以上,重災(zāi)年達到2667萬公頃以上,每年因旱災(zāi)減產(chǎn)的糧食有幾百萬噸到3000萬噸。我國的沿海地區(qū)時常收到熱帶氣旋的影響,尤其在7月~9月最為集中,約占全年登錄數(shù)的77%。20世紀(jì)平均每年有6.5次登陸,最多20次(1961年),熱帶氣旋給我國東南沿海經(jīng)濟社會的發(fā)展造成了很大的影響。風(fēng)雹災(zāi)害造成的損失也十分嚴重,從全國范圍來看,平均每年此類災(zāi)害造成的損失約占總災(zāi)害損失的10%以上。
(二)實施氣象災(zāi)害科普的現(xiàn)實意義
從國外經(jīng)驗來看,氣象和科普部門及時有效地開展氣象災(zāi)害科普的實施,會使公眾形成對氣象災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)意識。當(dāng)氣象災(zāi)害來襲時,公眾就會迅速采取各種各樣的防災(zāi)減災(zāi)措施,并且積極落實,合理安排生產(chǎn)生活。一方面,推實施氣象災(zāi)害科普能幫助公眾了解所在地的氣候特點,有效掌握當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、氣候特征、多發(fā)氣象災(zāi)害及其規(guī)律;另一方面,有效實施氣象災(zāi)害科普,讓公眾了解氣象災(zāi)害的成因、特點以及氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)知識,體現(xiàn)了以人為本的理念,有利于和諧社會構(gòu)建。
二、氣象災(zāi)害科普實施方式及其存在的問題
(一)氣象災(zāi)害科普實施方式
氣象災(zāi)害科普,顧名思義,就是有關(guān)氣象災(zāi)害的成因、易發(fā)生的時段地點、預(yù)測預(yù)報技術(shù)以及防災(zāi)減災(zāi)知識等的科學(xué)普及。目前,氣象災(zāi)害科普的實施方式主要有:
一是建設(shè)氣象災(zāi)害科普場館,這些場館通過放映相關(guān)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)的視頻、展出各種各樣的氣象災(zāi)害圖片,以及相關(guān)的文字說明等形式,著重介紹氣象災(zāi)害的形成原因、多發(fā)地點和防災(zāi)減災(zāi)的措施等內(nèi)容。氣象災(zāi)害科普場館為廣大群眾了解氣象災(zāi)害、學(xué)習(xí)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)知識提供一個新的平臺。如國家級科普教育基地的合肥氣象科技園,每年可以接待約5000人次進行學(xué)習(xí)參觀。
二是氣象和科普部門組織的氣象災(zāi)害科普活動。政府和氣象部門動員社會各界力量,尤其是在氣象災(zāi)害多發(fā)的地點,充分利用廣播、電視、報紙、網(wǎng)絡(luò)等媒介對氣象災(zāi)害科普進行多種形式的宣傳,開展形式多樣的氣象災(zāi)害科普推廣活動。氣象災(zāi)害科普的實施是一項公益性事業(yè),政府和氣象部門通過廣播、電視、報紙、網(wǎng)絡(luò)等媒介,既可以將氣象災(zāi)害科普知識傳播到公眾當(dāng)中去,又可以讓人們從氣象災(zāi)害科普的實施中獲益。
三是學(xué)校將氣象災(zāi)害科普作為素質(zhì)教育的重要內(nèi)容,不少學(xué)校開展了氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)的知識競賽、組織學(xué)生進行氣象災(zāi)害科普文章的撰寫、組織了各種各樣的氣象災(zāi)害科普的活動。氣象和科普部門應(yīng)當(dāng)注重加強同學(xué)校的合作,在學(xué)校定期舉行氣象災(zāi)害科普的講座,并聘請專家、高校的教授、知名的學(xué)者為同學(xué)們演講授課。此外,氣象和科普部門還更應(yīng)當(dāng)注重同學(xué)們與氣象災(zāi)害科普實施人員的面對面交流,讓同學(xué)們真正了解氣象災(zāi)害科普知識,把氣象災(zāi)害科普知識牢記心中并正確應(yīng)用到生活中去。
(二)氣象災(zāi)害科普實施過程中存在的問題
氣象災(zāi)害科普實施過程中存在不少亟需解決的問題,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
首先,氣象災(zāi)害科普的實施方式較為單一,并且缺乏持續(xù)性和創(chuàng)新性。目前,氣象災(zāi)害科普推廣的主要形式還是以氣象和科普部門的對外集中宣傳為主,宣傳缺乏創(chuàng)新性,而且對外集中宣傳階段性很明顯,宣傳時間跨度較長。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,在快節(jié)奏的生活里,不少群眾會忽視此類單調(diào)的氣象災(zāi)害科普宣傳。這種情況的時常發(fā)生,嚴重降低了氣象災(zāi)害科普實施的效果。
其次,氣象災(zāi)害科普實施的廣度還不夠。近年來,隨著極端的天氣發(fā)生概率逐漸遞增,對那些特殊的地域,如信息相對閉塞的農(nóng)村和氣象災(zāi)害時常發(fā)生的地點。特殊的人群,如氣象災(zāi)害科普知識缺乏的農(nóng)民等。針對這些地區(qū)和人群則需要加強氣象災(zāi)害科普工作。而此前的氣象和科普部門在實施氣象災(zāi)害科普的過程中,并沒有在特殊的時段,如極端氣象災(zāi)害集中發(fā)生的時間,對農(nóng)村進行有重點、有針對性的宣傳普及。而這些特殊的地域、時段、人群卻非常需要氣象災(zāi)害科普的實施。只有把握好這些方面,才能更好的增加氣象災(zāi)害科普實施的效果,保障當(dāng)?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)安全。
再次,氣象災(zāi)害類科普場館還很缺乏,且現(xiàn)有場館還存在很多不足。目前,氣象災(zāi)害類科普場館總量不多,中西部地區(qū)很多市縣沒有氣象災(zāi)害類科普場館;現(xiàn)有氣象災(zāi)害科普場館建設(shè)也缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn),一定程度上存在盲目性和隨意性,在管理手段上極其落后薄弱;還有相當(dāng)一部分氣象災(zāi)害科普場館由于運營狀況差,完全或幾乎沒有收益,日常運行難以為繼。
此外,缺少專業(yè)的氣象災(zāi)害科普人才。目前,氣象災(zāi)害科普工作的主力軍依然是氣象部門的一些氣象專家和學(xué)者,專門科普工作人員極度缺乏。在不少省份,尤其是一些偏僻的縣市氣象部門,嚴重匱乏氣象災(zāi)害科普人才,有些氣象部門甚至把氣象災(zāi)害科普實施作為分流機關(guān)人員措施,導(dǎo)致氣象災(zāi)害科普推廣人員基本素質(zhì)偏低、專業(yè)知識欠缺等情況,這嚴重制約了氣象災(zāi)害科普實施工作的有效開展。
三、氣象災(zāi)害科普實施方式的改進方案
(一)增加對氣象災(zāi)害科普工作的財政支持和管理力度
首先,各級財政部門應(yīng)該加大對氣象災(zāi)害科普工作的經(jīng)費投入,將氣象災(zāi)害科普實施的經(jīng)費列入到氣象事業(yè)費用的預(yù)算中去;其次,各級氣象部門還應(yīng)該把氣象災(zāi)害科普實施工作的管理放在優(yōu)先地位。近些年來,各級氣象部門大多成立了氣象災(zāi)害科普工作領(lǐng)導(dǎo)小組,并把氣象災(zāi)害科普實施納入到氣象科技事業(yè)發(fā)展體系中,但成效尚不明顯;再次,各級氣象學(xué)會還應(yīng)加強對所屬科普工作委員會的管理,盡快組建一個以氣象科研單位、教育部門、業(yè)務(wù)單位三方共責(zé)的氣象災(zāi)害科普網(wǎng)絡(luò),通過選調(diào)專業(yè)人才,從人才和組織上對氣象科普工作予以保障。
(二)開展氣象災(zāi)害科普人員的培養(yǎng)和培訓(xùn)
氣象災(zāi)害科普工作實施的主體是氣象災(zāi)害科普的工作人員。氣象和科普部門可從氣象類高校招收一批具備專業(yè)知識、綜合素質(zhì)優(yōu)的畢業(yè)生來充實氣象災(zāi)害科普隊伍,也可從氣象部門挑選合適的工作人員來從事氣象災(zāi)害科普工作,而這些從業(yè)人員必須要通過相關(guān)專業(yè)技能考評;此外,從高校和社會上招募一批有熱情參與氣象災(zāi)害科普工作的志愿者,也是彌補人力不足的重要措施。
同時,有關(guān)部門應(yīng)加大對氣象災(zāi)害科普工作人員的培訓(xùn)力度,即聘請氣象行業(yè)專家、科普專家或高校教師對氣象災(zāi)害科普工作人員進行階段性集中授課,對學(xué)員進行專業(yè)知識考核并頒發(fā)相關(guān)培訓(xùn)證書。此外,氣象和科普部門還可以通過舉辦職業(yè)技能大賽等形式來提升氣象災(zāi)害科普工作人員的知識水平和專業(yè)技能。
(三)創(chuàng)新氣象災(zāi)害科普工作方式
氣象災(zāi)害科普實施方式應(yīng)不拘一格,一定要以更加有效、持續(xù)、創(chuàng)新的方式將氣象災(zāi)害科普知識傳遞到社會各層面。積極拓展氣象災(zāi)害科普讀物、電視專題、新媒體科普等新途徑,充分利用科技手段提升科普效果;此外,氣象和科普部門還應(yīng)該充分利用諸如“世界氣象日”這樣的主題,推動氣象科普文藝匯演進社區(qū)和農(nóng)村,讓公眾在欣賞精彩表演的過程中接受氣象災(zāi)害科普教育。
(四)加強氣象災(zāi)害科普教育基地建設(shè)
興建或完善一定數(shù)量的科普基地對做好新時期氣象災(zāi)害科普工作是非常必要的。一是相關(guān)部門要及時制定氣象災(zāi)害科普基地的發(fā)展規(guī)劃和計劃,做好氣象災(zāi)害科普教育基地的經(jīng)費預(yù)算和實地調(diào)研;二是要整合相關(guān)氣象災(zāi)害科普資源,優(yōu)化管理體制,不斷豐富氣象災(zāi)害科普基地的氣象災(zāi)害科普內(nèi)容;三是氣象災(zāi)害科普基地要結(jié)合場館自身實際情況,制定符合自身條件的管理標(biāo)準(zhǔn),努力實現(xiàn)規(guī)范管理和運作,把基地教育效用發(fā)揮到最大。
(五)加大對信息閉塞地區(qū)的氣象災(zāi)害科普力度
當(dāng)前,在許多交通不發(fā)達、信息比較閉塞的中西部偏遠地區(qū),公眾防災(zāi)減災(zāi)意識比較淡薄,而這些地區(qū)往往是氣象災(zāi)害多發(fā)易發(fā)地區(qū)。因此,應(yīng)加強對這些地區(qū)的科普力度,一是要經(jīng)常組織專家學(xué)者去當(dāng)?shù)亻_展形式多樣的科普活動;二是要著力同當(dāng)?shù)卣?、村委會緊密協(xié)作,編寫、散發(fā)通俗易懂且適應(yīng)當(dāng)?shù)貙嶋H情況的氣象災(zāi)害科普手冊;三是要與當(dāng)?shù)氐闹行W(xué)合作,加強中小學(xué)氣象科普教育,從小抓起,通過中小學(xué)生影響其家庭。
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一、科普基地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到進一步加強
科技的發(fā)展、知識的創(chuàng)新離不開基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),為此,我局始終堅持把科普基地建設(shè)放在工作中的重點來抓。目前,我局已完成室外3000m2、室內(nèi)近1000m2科普教育基地的初步建設(shè)。首先,我們制作了一整套精美的綜合防災(zāi)減災(zāi)宣傳單,并建成以預(yù)防氣象災(zāi)害(暴雨、冰雹、干旱、雷電、大風(fēng)等)、地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害等綜合防災(zāi)減災(zāi)知識和氣象預(yù)報、人工影響天氣、天文天象、地質(zhì)地震等自然科學(xué)知識的宣傳走廊。其次,進一步美化、綠化了氣象觀測場,增添了自動化觀測設(shè)備,也完善了綜合會商室科普宣傳設(shè)備,添置了筆記本電腦、投影儀、擴音器等必備科普宣傳用品,為科普基地發(fā)展提供了堅實的物質(zhì)保障。
二、科普隊伍素質(zhì)得到不斷提高
科普基地隊伍素質(zhì)的高低直接影響到科普基地的發(fā)展以及科普教育的效果。一直以來,我局始終堅持把提高科普基地成員素質(zhì)作為科普基地建設(shè)中的首要任務(wù)來抓。一是我們對目前的科普人員進行了系統(tǒng)的培訓(xùn),并積極派出人員到北京、南京、成都等地參加各類科普經(jīng)驗交流會和科普短期培訓(xùn)班,收到了良好效果。二是我局制訂了詳細的專業(yè)培訓(xùn)計劃,由中級以上專業(yè)技術(shù)人員給大家授課,加強全局所有專業(yè)技術(shù)人員的科技水平。三是對科普宣傳員和講解員進行有針對性的培訓(xùn),并根據(jù)各技術(shù)骨干的專長,安排專人負責(zé)各類自然科普知識的講解。
三、科普宣傳活動廣泛開展
為使廣大民眾更好的學(xué)習(xí)了解自然科普知識,提高民眾綜合防>,!
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)科普 受眾分析
中圖分類號:F49 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-9082(2015)10-0002-01
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到人們生活工作學(xué)習(xí)娛樂的方方面面,特別是近年來移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的普遍使用,使網(wǎng)絡(luò)成為公眾獲取信息和知識的重要媒體。網(wǎng)絡(luò)科普也隨之出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來,逐漸成為我國提高國民科學(xué)知識水平的一大重要手段。網(wǎng)絡(luò)科普是以互聯(lián)網(wǎng)為傳播平臺,由專門的組織機構(gòu)或個人在網(wǎng)絡(luò)上以網(wǎng)民為受眾開展科普活動。然而相對于目前對全民科學(xué)素質(zhì)工作的要求以及民眾對網(wǎng)絡(luò)科普知識趣味性針對性等的需要,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)科普還存在許多問題。通過對網(wǎng)絡(luò)科普受眾行為的有關(guān)分析,我們可以找到更加有效的通過互聯(lián)網(wǎng)傳播科普知識的途徑。
一、網(wǎng)絡(luò)科普受眾現(xiàn)狀研究
通過調(diào)查與分析,可以總結(jié)出中國網(wǎng)絡(luò)科普受眾的行為特征主要為以下幾點:
1.交流環(huán)境虛擬性
虛擬性是在互聯(lián)網(wǎng)上進行社交等一系列活動的主要特點,互聯(lián)網(wǎng)提供了一個允許受眾進行身份隱藏的虛擬世界。在互聯(lián)網(wǎng)搭建的虛擬平臺中,受眾間信息的交流主要是靠文本圖片等,有利于對個人信息進行隱藏,網(wǎng)絡(luò)科普的受眾在科普網(wǎng)站中更加勇于并樂于發(fā)表自己的見解看法。
2.自主性
相對于傳統(tǒng)媒體固定的傳播方式,網(wǎng)絡(luò)傳播的受眾更具有自主性。他們可以自主選擇何時何地以何種媒介方式在網(wǎng)上接受何種內(nèi)容的知識的接收,網(wǎng)絡(luò)無中心的管理運作模式為知識傳播者和知識接收者提供了極大的自由,在追求個性自由的今天,網(wǎng)絡(luò)為受眾提供了極大地方便。
3.文化兼容性
互聯(lián)網(wǎng)將世界通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),形成了一個巨大無比的數(shù)據(jù)庫,技術(shù)開放性使得不同國家的文化得以在互聯(lián)網(wǎng)上自由的傳播,這使得網(wǎng)絡(luò)科普的受眾對不同的文化保持開放寬容的態(tài)度。處于互聯(lián)網(wǎng)這種開放式的交流平臺,受眾能夠消除文化地域種族宗教的差異與不同國家不同地域不同人種不同的人進行溝通,使得科普信息知識能夠在開放的人際交流語境中實現(xiàn)文化的兼容。
二、我國受眾的行為分析
1.我國受眾行為特征分析綜述
我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和國家制訂的一系列支持信息化建設(shè)的政策為互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)??焖僭鲩L打下堅實的基礎(chǔ),通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)接入的軟硬件環(huán)境不斷優(yōu)化降低了用戶的上網(wǎng)門檻,再加上互聯(lián)網(wǎng)具有高粘性和高傳播性等因素,使得中國網(wǎng)民規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)快速發(fā)展的趨勢。中國正處于網(wǎng)民規(guī)模快速擴大和互聯(lián)網(wǎng)普及率快速提高的階段,發(fā)展?jié)摿艽螅W(wǎng)民規(guī)模的擴大和互聯(lián)網(wǎng)普及率的提高為網(wǎng)絡(luò)科普事業(yè)發(fā)展提供了契機。
1.1整體而言,中部地區(qū)和南部地區(qū)在科普推廣工作的很多方面較西部地區(qū)和東部地區(qū)有自身優(yōu)勢。包括:(1)受眾對科普知識獲取渠道的認可程度;(2)受眾通過網(wǎng)絡(luò)獲取科普信息的頻率;(3)受眾通過固定的專門性科普網(wǎng)站獲取科普知識這三個方面。
1.2東部、中部、西部、南部這四個地區(qū)的受眾均對線下科普表現(xiàn)出不同程度的熱情,但是中部與南部的受眾同樣表現(xiàn)出稍高的熱情程度。
1.3關(guān)于目前網(wǎng)絡(luò)科普存在的問題,各地區(qū)受眾均表示“互動性與參與性不強、趣味性娛樂性不強以及真實性不確定”這三方面的問題頗為嚴重,同時也存在著網(wǎng)絡(luò)科普信息資源少的問題。
1.4隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展普及,受眾通過手機獲取科普知識的行為也隨之流行起來。通過手機看科普電影或者瀏覽科普圖片的行為最多;看科普動畫或者玩科普手機游戲的受眾比例較低;東部和西部這方面的普及范圍仍低于南部與中部,其中南部普及范圍最大。
三、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下科普工作的對策建議
結(jié)合以上依據(jù)調(diào)查結(jié)果總結(jié)出的結(jié)論,針對我國網(wǎng)絡(luò)科普現(xiàn)存的主要問題,可以從政府和科普網(wǎng)站自身兩方面入手,對我國網(wǎng)絡(luò)科普的效能進行優(yōu)化。
1.政府層面
1.1加大官方科普網(wǎng)站的建設(shè)力度,發(fā)揮科普的權(quán)威性??破帐聵I(yè)只有在政府的關(guān)心和支持下才能形成穩(wěn)定的發(fā)展機制,要發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)科普的權(quán)威性,首先要重點扶持一些高水平的國家級科普網(wǎng)站,打造科普網(wǎng)站品牌,突顯官方媒體的權(quán)威性。其次要鼓勵各學(xué)科帶頭人、科學(xué)家開通個人科普博客、微博,在突發(fā)事件出現(xiàn)時,作為信息的“把關(guān)人”,在第一時間發(fā)出權(quán)威聲音,對熱點問題進行科學(xué)解讀,消除公眾不必要的恐慌情緒。
1.2培養(yǎng)專業(yè)化的網(wǎng)絡(luò)科普創(chuàng)作者。網(wǎng)絡(luò)科普需要建設(shè)一支由專業(yè)化人才、兼職人才和志愿者組成的高素質(zhì)隊伍,為網(wǎng)絡(luò)科普工作的開展提供人才保障和智力支撐。培養(yǎng)專業(yè)化的科普創(chuàng)作團隊,打造一支優(yōu)秀的科普創(chuàng)作隊伍,創(chuàng)作出優(yōu)秀的科普精品,對網(wǎng)絡(luò)科普的發(fā)展是至關(guān)重要的。
2.網(wǎng)絡(luò)科普方面
2.1拓寬科普信息獲得的渠道,對科普門類的網(wǎng)站盡量做到大眾化、生活化,增強其娛樂性和趣味性。并根據(jù)網(wǎng)民的職業(yè)和工作性質(zhì)或者興趣點,對科普網(wǎng)站進行分類、細化,提供專業(yè)型、有針對性的科普網(wǎng)站。如:網(wǎng)絡(luò)科普應(yīng)有一部分針對在校學(xué)生專門設(shè)計,以幫助更多學(xué)生在線獲得科學(xué)知識,因為在校學(xué)生是科普受眾的一個主力軍。
關(guān)鍵詞:科普動畫;技法分析;設(shè)計實現(xiàn)
中圖分類號:G434 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-8454(2015)12-0056-04
科普動畫片能改變傳統(tǒng)僵硬的科學(xué)知識傳授方式,代之以輕松愉快的展現(xiàn)方法,讓觀眾在欣賞動畫的同時,生動地了解科學(xué)知識,在娛樂的同時認識奇妙的科學(xué)世界。科普動畫作為我國民族文化的重要組成部分,結(jié)合現(xiàn)代的多媒體技術(shù),不僅可以弘揚我國的傳統(tǒng)文化,還可以提升我國當(dāng)代文化在國際上的知名度。
一、科普動畫創(chuàng)作概述
新媒體時代的科普動畫創(chuàng)作具有表現(xiàn)內(nèi)容廣泛、傳播載體多元化、科普風(fēng)格多樣化等特點??破談赢嬕员憩F(xiàn)的學(xué)科內(nèi)容可分為自然科學(xué)、農(nóng)業(yè)學(xué)科、醫(yī)學(xué)學(xué)科、工程與技術(shù)科學(xué)、人文與社會科學(xué)等,以媒體承載方式可分為電影、電視、互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)等,科普動畫的風(fēng)格可分為水墨風(fēng)格、寫實風(fēng)格、水彩風(fēng)格、油畫風(fēng)格、卡通風(fēng)格等。
完整的科普動畫創(chuàng)作過程主要包括文學(xué)劇本與文字分鏡頭設(shè)計、 角色與場景設(shè)定、風(fēng)格與造型設(shè)計、背景與原畫設(shè)計、動畫創(chuàng)作與剪輯合成等過程。在創(chuàng)作過程中,多種元素各個環(huán)節(jié)應(yīng)相互制約又彼此呼應(yīng),根據(jù)科普動畫表達的內(nèi)容形成一個有機整體。因此在科普動畫創(chuàng)作過程中應(yīng)注意對科普動畫內(nèi)容、表現(xiàn)形式、表達設(shè)計進行精細嚴謹?shù)脑O(shè)計,才能保證創(chuàng)作出高質(zhì)量的科普動畫作品。
二、科普動畫的內(nèi)容取舍:知識與情節(jié)應(yīng)相得益彰
根據(jù)字面意思可知科普動畫就是傳播科普知識的動畫片,所以科普動畫的內(nèi)容肯定跟科學(xué)知識有關(guān),但是在細節(jié)方面還是有很多值得探討的地方,一個深入人心的科普動畫必定要有精彩的故事,人類自古以來就離不開故事,中國的《詩經(jīng)》、《山海經(jīng)》、《史記》,以及外國的《一千零一夜》、《圣經(jīng)》,每一部都是以故事做依托來敘述歷史、宗教、人生哲學(xué)等方面的知識。由于受到要宣傳的科普知識的限制,科普動畫片在故事的選材和編排上難度更高,如果制作者不注重故事的設(shè)計,制作出的動畫就會枯燥或者說教,很難吸引觀眾。
因此,精彩的科普動畫離不開故事做保障,科普知識要融于精彩的情節(jié)之中。一部優(yōu)秀的科普動畫,光有精彩的故事還不夠,還需要把故事情節(jié)化。情節(jié)和故事是不同的,故事是未經(jīng)處理的生活原型,而情節(jié)的處理需要有其自己的敘事和周密的安排;故事只有一個,本身沒有發(fā)生變化,情節(jié)則可以根據(jù)一個故事創(chuàng)造出許多不同的版本,相同的故事,相同的主題,用了不同的敘事和情節(jié)安排,就可以實現(xiàn)不同的效果。但動畫片情節(jié)也不能毫無邊際的胡亂編寫,需要尊重人們的思維習(xí)慣和審美情趣,更要合情合理??破談赢嬈楣?jié)的設(shè)置,還需要基于怎樣能更好地傳達相應(yīng)的科學(xué)知識,在遵循現(xiàn)實生活中已有科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上,讓科學(xué)知識與故事情節(jié)有機融合,相互支撐,相得益彰。
三、科普動畫的表現(xiàn)形式:因內(nèi)容而宜
科普動畫片究竟應(yīng)該做成何種形式,這是一個見仁見智的問題。我國的科普動畫片主要包括以下幾種類型:①以冒險為軸心,以《海爾兄弟》為例,這部巨型動畫片集娛樂性、知識性、趣味性為一體,完全按故事的發(fā)展帶出知識點,沿著劇中環(huán)球歷險的路線,展示地理知識,展現(xiàn)不同地區(qū)的文化習(xí)俗,揭示神秘的自然現(xiàn)象,傳播豐富的自然科學(xué)知識。這并不是典型的科普動畫片的做法。②受歡迎的動畫系列動畫片,以《藍貓?zhí)詺?000問》為例,它的外觀、結(jié)構(gòu)非常簡單和雷同,表面上最具有科普動畫的樣子,一般是一集一個知識點地介紹,最為典型的是每一集中都有一段全科普內(nèi)容的動畫解釋。③以某個卡通角色為引子,貫穿整個動畫過程,如《怎么來的》這部由BTV制作的科普動畫由一個叫毛頭的卡通角色來串演,它有著通曉古今、上天入地的本領(lǐng),這種設(shè)定的好處就是它隨時可以進入科普講解的時間和空間,通過有意思的動作和語言,讓科普講解變得生動。
總而言之,科普動畫片并沒有固定的形式,創(chuàng)作者應(yīng)注意根據(jù)不同的科普內(nèi)容靈活選擇合適的表現(xiàn)形式。
四、科普動畫的表達設(shè)計:多種元素有機融合
科普動畫中的元素主要包括人物角色、場景組成、字幕、配音、音樂等,這些元素有著獨特的個性,但又相互映襯,有機融合,使整個動畫片渾然一體,特色鮮明。
1.角色的設(shè)定要符合其性格特征
以《藍貓?zhí)詺?000問》為例,在人物造型方面,創(chuàng)作者以動物原型做主人公,形象活潑可愛,符合兒童的審美和喜好,主人公藍貓是一只藍色的貓,藍色是夢的顏色,代表著幻想和探索,大大的眼睛閃爍著求知的光芒,圓滾的腦袋和憨厚的聲音給了它充滿愛心的“貓大哥”形象。
2.場景設(shè)計要與角色造型整體一致
場景的設(shè)計要與角色造型和預(yù)設(shè)整體風(fēng)格相一致,色調(diào)根據(jù)需要可以是黑白的,也可以是彩色的,以《海爾兄弟》為例,這是部展現(xiàn)地理知識的動畫片,動畫中的藍天、白云、海鷗、輪船、沙灘等以現(xiàn)實世界為依托,既卡通又逼真,加上活潑可愛的海爾兄弟倆,很容易使觀眾流連忘返。
3.配音和音樂不可或缺
配音和音樂與人物角色和場景一樣,是不可或缺的元素之一。根據(jù)劇情需要,動畫片中少不了有解說或者對白的出現(xiàn),這就對配音者的要求比較嚴格,對于劇中人物角色的配音,要選擇適合人物年齡和性格特征的聲線,必要時可以用變聲軟件變換聲道;對于解說詞和旁白的配音,則要求配音者必須發(fā)音口齒清晰,語調(diào)緩和適中,聲音優(yōu)美好聽。作為背景襯托,音樂的選擇也至關(guān)重要,可以是為某個科普作品特意創(chuàng)作的,其旋律和歌詞都要與作品的主題一致,也可以使用別人已經(jīng)創(chuàng)作好的音樂,若引用了非原創(chuàng)音樂,必須在片尾字幕中標(biāo)明。
五、《氧氣去哪了》科普動畫的設(shè)計
近年來霧霾頻發(fā),對人體危害極大。2013年1月以來,多次霧霾過程籠罩我國多個城市,更有報告顯示,中國最大的500個城市中,能達到世界衛(wèi)生組織規(guī)定的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的只有不到1%,為了讓人們認識到持續(xù)的霧霾將會帶來的嚴重結(jié)果,本動畫片以期通過清新的畫面風(fēng)格、夸張的故事情節(jié)、通俗易懂的內(nèi)容展現(xiàn)等來喚起人們保護環(huán)境的意識。
1.情節(jié)設(shè)計與劇本編寫
為避免枯燥感,本動畫片通過故事情節(jié)引入環(huán)保的主題,結(jié)合當(dāng)下各種防霾攻略的出現(xiàn),動畫采用首尾呼應(yīng)的方式,中間采用倒敘的手法,以夸張手法展現(xiàn)未來的人類需要靠戴氧氣罩來呼吸,并和現(xiàn)在汽車需要去加油站加油一樣,未來的人類需要去加氧站排隊加氧。情節(jié)分為三部分,第一部分和第三部分講述的是公元2060年,中間一部分是回憶片段,回憶環(huán)境從還沒有被完全污染到被各種污染物污染的過程。開頭講的是在公元2060年,人們每天都是戴著氧氣罩生活,并且需要經(jīng)常去加氧站排隊加氧,本動畫的主人公是一對爺孫,由孫子和爺爺?shù)膶υ捁雌馉敔攲λr候也就是公元2010年左右的回憶,由此轉(zhuǎn)為第二部分,藍天、白云、清水、綠草,無憂無慮的人們在公園里休息、玩耍,但同時,工廠每天都在排放著廢氣,擁擠的車輛在馬路上行駛,每輛后面都排放著黑色氣體,大大小小的建筑工地上塵土飛揚……麻木的人類為了追求經(jīng)濟的發(fā)展忽略了對環(huán)境的保護,直到環(huán)境完全惡化,人類不得不戴著口罩乃至氧氣罩生活。最后輪到爺孫倆加氧,孫子打斷了爺爺?shù)幕貞?,由此回到“現(xiàn)實”,也就是公元2060年,看著排隊加氧的子孫后代和惡劣的環(huán)境,爺爺流露出愧疚而無奈的表情。
分鏡頭腳本是創(chuàng)作動畫影片另一個必不可少的前期準(zhǔn)備,是將文字轉(zhuǎn)換成立體視聽形象的媒介,主要任務(wù)是根據(jù)劇本和解說詞內(nèi)容來設(shè)計相應(yīng)的畫面,配置音樂音效,把握片子的節(jié)奏和風(fēng)格。遵循畫面形象簡潔易懂和各鏡頭之間的鏈接明確的原則,將文字腳本描述的畫面通過細化具體的語言加工成可供制作的鏡頭內(nèi)容,并按順序標(biāo)出鏡頭的鏡號,在需要的地方標(biāo)出了相應(yīng)的解說字幕和對白。《氧氣去哪了》科普動畫的部分分鏡頭腳本見表1。
2.角色、場景設(shè)計與動畫實現(xiàn)
動畫角色設(shè)計方面,本動畫的主人公是爺孫倆,由于主人公的出場大部分展現(xiàn)的是特寫,所以只是詳細繪出了主人公的上半身,而對于陌生人和路人這類角色采用簡單的圓形和方形組接的方式來展現(xiàn),造型如圖1所示。
動畫的場景采用簡潔的風(fēng)格,由于故事內(nèi)容講的是未來世界的環(huán)境已被嚴重污染,故將場景舞臺顏色一律改為了偏暗點的黃調(diào),街道建筑也是用簡單的線條勾勒繪制,如圖2所示。
有了劇本和分鏡頭腳本,接下來的任務(wù)是動畫制作。本動畫使用的動畫制作軟件為Flash CS6。對于動畫中的人物角色,先用線條和鉛筆工具,借助于外置的漢王手繪板創(chuàng)作外形,然后根據(jù)角色進行上色,完成角色的設(shè)計與創(chuàng)建,如圖3所示。
跟角色的創(chuàng)建類似,場景的制作,也主要借助于手繪板,利用線條工具和矩形、圓形等工具進行場景的設(shè)計與制作。如圖4所示。
根據(jù)劇本及分鏡頭的內(nèi)容,筆者前期創(chuàng)建好的元件模型有主人公爺爺、孫子、路人、氧氣罩、口罩以及一些樓層建筑,然后利用補間動畫、逐幀動畫、遮罩動畫等動畫創(chuàng)作技術(shù)完成幀動畫的制作。
本作品主要利用Premiere CS6對Flash軟件中制作好的場景鏡頭進行后期編輯,并添加背景音樂及字幕等內(nèi)容。由于前期效果已在Flash軟件里制作完畢,而且基于本動畫簡潔的主題風(fēng)格,筆者并沒有在Premiere中添加太多華麗的特效,主要是在突兀的地方使用了較為緩和黑場的過渡,并在爺爺進行回憶的片段部分使用了羽化的效果。
動畫中的字幕有著不可或缺的標(biāo)識作用,是承載信息、傳播信息的重要手段,同時又是一種具有獨特美學(xué)的藝術(shù)載體。字幕可以很好的彌補觀眾對動畫的理解障礙。鑒于畫面的表達效果有限,在個別鏡頭處采用了添加字幕的方式,以期達到解釋說明的效果。結(jié)尾時黑底字幕的呈現(xiàn)呼應(yīng)了主題,表達了作者希望人類能夠重視環(huán)境、保護家園的心愿。音樂與影視畫面的組合, 可以使影片產(chǎn)生獨特的審美效果?!堆鯕馊ツ牧恕房破談赢嫷哪康闹荚趩酒鹑藗儽Wo環(huán)境的意識,畫面展現(xiàn)的是因人為破壞而產(chǎn)生的不愉快的場景鏡頭,所以背景音樂選擇的是一首略帶悲傷而又很有節(jié)奏的英文歌曲《Don’t Cry》,其由平靜轉(zhuǎn)高昂的節(jié)奏正好符合本動畫的劇情發(fā)展,伴隨著畫面一起深入觀眾的內(nèi)心。
借助動畫載體,科普知識傳播有了新的生機與活力,探索科普動畫創(chuàng)作的新方向,開發(fā)內(nèi)容與形式新穎的科普動畫片,是科普工作者與動畫創(chuàng)作者開拓創(chuàng)新,緊跟時展的必然需求。本科普動畫片以多樣的表現(xiàn)方式,使科普教育寓教于樂,可以使科普知識得以廣泛傳播。
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社會公民的科學(xué)素養(yǎng)水平高低直接反映了一個國家公民素質(zhì)的整體質(zhì)量狀況,關(guān)系到這個國家的經(jīng)濟發(fā)展和國際競爭力的大小,在新的發(fā)展時期受到各國的普遍重視[1]。中小學(xué)生是我國未來經(jīng)濟建設(shè)的生力軍,培養(yǎng)提升中小學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)有助于我國創(chuàng)新能力的持續(xù)發(fā)展,需要我們探究提高中小學(xué)生科普意識及科普實踐能力的途徑措施。
1 提高中小學(xué)生科普意識,強化中小學(xué)生科普教育的重要性及必要性
1.1 應(yīng)試教育的弊端決定了需要轉(zhuǎn)變教育理念,著力開展科學(xué)素質(zhì)教育
應(yīng)試教育在我國由來已久,在此教育理念的引導(dǎo)下,形成了家長,教師過度注重學(xué)生學(xué)生成績,學(xué)校以升學(xué)率作為單一教育目標(biāo)的教育局面,不利于學(xué)生全面素質(zhì)的培養(yǎng),抑制了中小學(xué)生創(chuàng)新思維的形成發(fā)展。隨著應(yīng)試教育的弊端的顯露,國家著力推行素質(zhì)教育,積極開展公眾科普教育,將人的全面發(fā)展作為教育的著眼點和基本宗旨,涌現(xiàn)了一批先進的教學(xué)理念及教學(xué)方法,收到了較好的教育效果,中小學(xué)生科普意識也日漸提高。
1.2 提高中小學(xué)生科普意識及科普實踐能力,是新時期現(xiàn)代化建設(shè)的客觀需要
國家的發(fā)展離不開人才的保障,要培養(yǎng)出具有較高科學(xué)素質(zhì),具備創(chuàng)新思維能力的全面型人才,需要從中小學(xué)生做起。一方面這是新時期我國現(xiàn)代化建設(shè)的客觀需要,另一方面也是我國素質(zhì)教育人才培養(yǎng)的必然選擇。我國自改革開放以來,取得的眾多成就,既源于國家科學(xué)先進的方針政策,也源于我國科技的進步及普及。在科學(xué)技術(shù)已成為第一生產(chǎn)力的當(dāng)代社會,提高中小學(xué)生科普意識,開展中小學(xué)生科普教育,是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容,也是時展的必然要求。
2 從中西方發(fā)展經(jīng)驗,分析科普教育的可行性及實效性
從中西方的歷史發(fā)展來看,科普教育是促使科學(xué)技術(shù)得以有效轉(zhuǎn)化成社會生產(chǎn)力的有效途徑,科學(xué)知識的普及教育,會促進社會經(jīng)濟的飛躍發(fā)展[2]。英國較為重視科技發(fā)明創(chuàng)造,以蒸汽機為標(biāo)志,英國掀起了工業(yè)革命的浪潮,極大提升了歐洲的經(jīng)濟增長效率,使西方世界最快進入了工業(yè)文明時代。作為我國鄰國,日本早期處于閉塞孤立的狀態(tài),自“明治維新”后,日本推行科技興國的發(fā)展戰(zhàn)略,在中小學(xué)教育中普及科學(xué)知識,實現(xiàn)了國家的飛速發(fā)展,成為亞洲的重要經(jīng)濟體之一。我國在1978年實施改革開放后,也積極推行“科教興國”戰(zhàn)略,換來了經(jīng)濟的大騰飛,大發(fā)展,在經(jīng)濟發(fā)展速度上取得了舉世矚目的成就。種種發(fā)展經(jīng)驗表明,科普教育是提升國家經(jīng)濟水平,增強國家綜合國力的重要且必要的途徑,科普教育具有突出的可行性和實效性。
3 提高中小學(xué)生科普意識和科普實踐能力的途徑方式
3.1 學(xué)科教學(xué)中,注重科普知識的傳授,發(fā)揮重點學(xué)科的帶頭示范作用
中小學(xué)生科普意識及科普實踐能力的提高,既要依托課外科普實踐場所及活動,也要注重在日常教學(xué)中向?qū)W生滲透科普知識,通過物理、化學(xué)等科學(xué)知識類的學(xué)科案例設(shè)計,發(fā)揮這類學(xué)科在普及科學(xué)知識方面的重要作用。
教師可以從中小學(xué)生的心理及行為特點出發(fā),設(shè)計出符合中小學(xué)生探究興趣的物理科學(xué)實驗及各類科技制作,以調(diào)動中小學(xué)生對科技知識的學(xué)習(xí)積極性,做到科普知識與學(xué)科知識的有機融合,培養(yǎng)中小學(xué)生學(xué)以致用的能力。
例如在物理教學(xué)中,教師可以“彩色影子”為案例,開展科普知識教育。首先,教師可讓學(xué)生通過自己動手操作,對形成的手影加以任意創(chuàng)作,然后提示學(xué)生思考影子的形成需要具備什么條件,最后教師提出具有較強科普性和針對性的問題:一,影子有色彩嗎?是否一定就是黑色?二,一個物體是否就只有一個影子?在拋出問題后,教師可讓學(xué)生根據(jù)自身的生活及認知經(jīng)驗,對這兩個問題加以思索,讓學(xué)生自由討論,并留出特定的時間讓學(xué)生暢所欲言。在學(xué)生得出自己的結(jié)論后,教師拿出事先準(zhǔn)備的實驗儀器,進行彩色影子的演示,在演示結(jié)束后,引導(dǎo)學(xué)生思考這一現(xiàn)象,然后將學(xué)生加以分組,進行分組實驗操作,在實踐中驗證自身思路,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識。在實驗完畢后,教師讓每組學(xué)生進行實驗結(jié)論的匯總,教師與學(xué)生一道,揭示彩色影子形成的原因。
3.2 學(xué)校要依托教師資源,創(chuàng)建科普實踐平臺
學(xué)校作為素質(zhì)教育及科普教育的主要陣地,要充分借助自身教學(xué)資源優(yōu)勢,積極為中小學(xué)生打造科普知識宣傳及科普實踐的平臺[3]。組建“科普實驗班”及“科普俱樂部”等多種形式的學(xué)習(xí)組織,點燃學(xué)生的科普知識研究熱情?!翱破諏嶒灠唷迸c專業(yè)知識課程的學(xué)習(xí)要做到有機統(tǒng)一,既不占用專業(yè)課程時間,又要保持其連續(xù)性,可選在周末開課,在課程內(nèi)容學(xué)習(xí)上,諸如平面鏡成像、光的顏色、太陽能利用、光譜等都可以作為科普重點內(nèi)容加以研究,在科技制作上,可以相應(yīng)的進行萬花筒、太陽能風(fēng)車、魔盒、潛望鏡等方面的實踐操作。
學(xué)校要組織一定數(shù)量的教師開展科普案例的研究制定及科普教具的制作工作,以有效配合學(xué)科教學(xué)及科普教學(xué)的實施。
3.3 聯(lián)合相關(guān)單位,開辟中小學(xué)生科普實踐基地
我國自實施“科教興國”及“科學(xué)發(fā)展觀”戰(zhàn)略以來,頒布實施了《科普法》,并加大了科普公共單位的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),組建起了覆蓋范圍廣泛的科普單位組織體系,各種科普館所遍布全國各地區(qū)[4]。學(xué)校可以聯(lián)合這類科普單位,開展一系列的科普實踐活動,開辟出中小學(xué)生科普實踐基地。
例如,南寧市的眾多中小學(xué)聯(lián)合了廣西科技館,在建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系的基礎(chǔ)上,共同開展實施了一些科普實踐活動,諸如“物理科技展”、“科普大探險”、“玩轉(zhuǎn)科學(xué)”等形式多樣的科普實踐活動,吸引了大量的青少年參與,在取得了良好社會評價的同時,又形成了充足的科普案例,能夠為學(xué)校科普教育所用,形成了良性循環(huán)。
3.4 博物館、科技館、少年宮等科普機構(gòu)組織要切實發(fā)揮科普教育的重要作用
科普館所,諸如科技館、博物館、少年宮、科技活動中心等,要充分發(fā)揮自身的科普教育作用,一方面向中小學(xué)生提供科普知識讀物和科普產(chǎn)品展覽,做好科普知識宣傳,另一方面要加強資源建設(shè),為中小學(xué)生親自動手操作相關(guān)實驗創(chuàng)造條件[5]。
山東省科技館注重強化自身公共服務(wù)職能,為社會提供包含物理、地理、海洋、材料、能源等多方面學(xué)科內(nèi)容的科普展品,還著重強化了青少年科技產(chǎn)品制作、科普產(chǎn)品展示交流等方面的功能,在科普工藝活動組織開展上也卓有成效,取得了較好的科普教育效果,成為科普館所發(fā)揮自身職能作用的典型范例。
論文摘要:社會化知識轉(zhuǎn)型中,國家科普教育基地的可持續(xù)發(fā)展面臨諸多制約因素:科普教育基地資源配置不均衡、科普教育基地的運行缺乏有效的制度規(guī)制、科普教育基地的稅收優(yōu)惠制度缺乏配套制度的支撐、科普教育基地的人才資源缺乏持續(xù)保障。為此,應(yīng)有針對性地采取應(yīng)對措施,促進國家科普教育基地在社會知識化發(fā)展中可持續(xù)發(fā)展。
1問題的提出
由于社會的知識化轉(zhuǎn)型,持續(xù)傳播不斷更新的社會公共科學(xué)知識,實現(xiàn)公共科學(xué)知識的社會共享已經(jīng)成為公眾科學(xué)素質(zhì)建設(shè)中全國科普教育基地的時代社會使命,促進全國科普教育基的可持續(xù)發(fā)展也由此成為國家科普能力建設(shè)的重要保障基礎(chǔ)。為此,在中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會科普活動中心和中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會發(fā)展研究中心的領(lǐng)導(dǎo)與組織下,對261個全國科普教育基地進行了問卷調(diào)查和部分基地實地調(diào)研。本次調(diào)查共向261個中國科協(xié)命名的全國科普教育基地發(fā)放問卷,實際回收問卷188份,其中有兩份問卷為無效空白問卷,有效問卷共計186份。有26個全國科普教育基地提交了目前無法填寫問卷的具體原因??鄢?6個基地,在剩余的235個基地中,問卷回收率為80. 0%,有效問卷占79. 1%。本文以實證調(diào)查的一手資料為分析依據(jù),著力探討我國全國科普教育基地可持續(xù)發(fā)展面臨的問題,并提出相應(yīng)的對策建議。
2國家科普教育基地可持續(xù)發(fā)展面臨的問題
根據(jù)可持續(xù)發(fā)展理論,國家科普教育基地的可持續(xù)發(fā)展的核心問題是:科普教育基地良性運行的可持續(xù)性和科普教育基地良性運行中的發(fā)展性。其基本理念在于實現(xiàn)科普教育基地資源開發(fā)與利用的公平性、持續(xù)性和共同性。
首先,公平性的實質(zhì)含義有:強調(diào)科普教育基地的可持續(xù)發(fā)展要滿足全體人民的基本科學(xué)素質(zhì)需求和給全體人民機會以滿足他們要求較好科學(xué)素質(zhì)愿望。不要為自己的發(fā)展和需求而損害后代滿足需求的科普教育資源與環(huán)境,給世世代代以公平利用科普教育資源的權(quán)利。為消除科普教育資源的鴻溝,必須均衡地配置科普教育資源。其次,科普教育基地可持續(xù)發(fā)展的持續(xù)性強調(diào)的是科普教育基地的資源有其臨界性,科普教育基地科普資源的開發(fā)與利用要考慮一定時期國家科普教育基地科普資源的承載能力。最后,科普教育基地可持續(xù)發(fā)展的共同性強調(diào)的是科普教育基地可持續(xù)發(fā)展所體現(xiàn)的公平性和持續(xù)性對所有區(qū)域都是共同的。結(jié)合我們對全國科普基地的實地調(diào)研和問卷調(diào)查,我們認為,全國科普基地可持續(xù)發(fā)展仍需著力解決以下問題。
2. 1全國科普教育基地資源配置不均衡
現(xiàn)有國家科普教育基地省區(qū)布局不均衡,大部分省份的全國科普教育基地數(shù)量在平均數(shù)以下(見表1)。全國科普教育基地大區(qū)域分布也不均衡,東部地區(qū)全國科普教育基地的總量和平均數(shù)均遠高于中、西部地區(qū)。全國科普教育基地數(shù)排在前五位的依次是:北京(30個)、上海(20個)、天津(13個)、廣東(13個)和云南(12個)(見圖1)。其中,除云南屬于西部地區(qū)外,其他4個省份均來自東部地區(qū)。國家科普基地布局不均衡的狀況背離了科普的公益性原則,更背離了科普教育基地可持續(xù)發(fā)展的公平性要求。
2. 2全國科普教育基地運行缺乏有效的制度規(guī)制
調(diào)查發(fā)現(xiàn),我國的科普教育基地運行的制度建設(shè)存在著一定程度的混亂,中國科協(xié)科普部2004年制定了《全國科普教育基地標(biāo)準(zhǔn)》,此后,一些省、自治區(qū)、較大的城市的科技主管部門或科協(xié)制訂了所在地的科普教育基地認定管理辦法;一些專業(yè)學(xué)會如中國地理學(xué)會、中國海洋學(xué)會、中國水產(chǎn)學(xué)會均制定了所在專業(yè)科普教育基地的認定與管理辦法;也有國家主管部門和專業(yè)學(xué)會聯(lián)合制定專業(yè)科普基地的認定與管理辦法;在落實科普稅收優(yōu)惠制度中,財政部、國家稅務(wù)總局和科技部對全國的科普基地認定也有相應(yīng)的規(guī)定??梢?,我國的科普教育基地制度建設(shè)主體存在政出多門的問題,而且缺少統(tǒng)一的協(xié)調(diào)機制。在統(tǒng)計的186個基地中,有152個基地建有規(guī)章制度,占81. 7%;有21個基地正在建設(shè)當(dāng)中,占11.3%;有2個基地明確反映它們單位建有制度但執(zhí)行不好;還有2個基地缺乏基本的規(guī)章制度建設(shè)。
2. 3全國科普教育基地的稅收優(yōu)惠制度缺乏配套制度支撐
我國《科普法》、《公益事業(yè)捐贈法》、《個人所得稅法》、《企業(yè)所得稅法》、《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》和《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要(2006-2010-2020年)》都明確規(guī)定對科普實行稅收優(yōu)惠。然而,科普基地的稅收優(yōu)惠制度的真正實施還有賴于科普基地的認定制度配套支持。
財政部、國家稅務(wù)總局、海關(guān)總署、科技部、新聞出版總署,2003年5月聯(lián)合了《關(guān)于鼓勵科普事業(yè)發(fā)展稅收優(yōu)惠政策問題的通知》,科技部頒布實施了《科普稅收優(yōu)惠政策實施辦法》,這兩個部門規(guī)章對科普基地的認定制度作了初步安排。對科普基地的認定范圍、認定條件、認定程序、審核準(zhǔn)入制度、年度管理制度等做出了規(guī)定。
上述認定制度對于科普基
地的稅收優(yōu)惠制度實施是重要的制度支撐,然而上述制度實施中暴露出了一些問題,第一,認定范圍過于狹窄。有許多專業(yè)性很強的科普機構(gòu)、企業(yè)科普教育機構(gòu)、集體科普機構(gòu)等難以得到相應(yīng)的認定。第二,認定條件過于籠統(tǒng),且不完全。認定條件中對申請認定的主體資格沒有具體規(guī)定,致使實際認定中存在操作困難。認定條件中對保障科普教育基地可持續(xù)運行的科普人員的教育、培訓(xùn)均沒有規(guī)定。第三,認定程序強調(diào)行政認定,忽視了科普教育基地的專業(yè)認定的權(quán)威性和公正性。第四,審核準(zhǔn)入制度增加了科普教育基地稅收優(yōu)惠制度實施的成本,也使得稅收優(yōu)惠制度的實施難以落實到實處。
2. 4全國科普教育基地的人才資源缺乏持續(xù)保障
從調(diào)查的情況來看,全國科普教育基地人才資源缺乏持續(xù)保障。
第一,人員學(xué)歷層次不高。全國科普教育基地本科、研究生等高學(xué)歷人員所占的比例偏小,不足40%,這必然在一定程度上制約基地的發(fā)展后勁與水平。
第二,科普主題策劃人員嚴重不足。全國科普教育基地策劃人員的比例僅為3. 8%。全國科普教育基地每年都要開展豐富多彩、主題多樣的科普活動,為切實提高其科普教育的覆蓋范圍,科普活動理應(yīng)契合知識社會的發(fā)展,求新求變,滿足更多受眾的多樣化的科學(xué)知識需求??破辗?wù)項目的開發(fā)、科普活動主題策劃、科普知識傳播路徑策劃愈來愈需要植入專業(yè)化策劃的理念和一定數(shù)量專業(yè)策劃人員的參與。
第四,專業(yè)人才資源的持續(xù)開發(fā)嚴重不足。在調(diào)查統(tǒng)計的186個全國科普教育基地中,近三年有組織員工參加學(xué)歷教育的基地占59.1 %,有組織中長期培訓(xùn)的占54.3%,但仍然有愈四成的基地近三年都未開展相關(guān)的中長期教育與培訓(xùn),缺乏必要的科普人才持續(xù)成長與建設(shè)機制。作為示范性、標(biāo)桿性的全國科普教育基地,從長遠發(fā)展來看,這種狀況巫待改善。
3促進國家科普教育基地可持續(xù)發(fā)展的對策建議
3.1合理配置全國科普教育資源,促進全國科普教育基地均衡發(fā)展
第一,確定全國基本科普教育資源的公共服務(wù)范圍,建立全國基本科普教育資源公共服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),明確我國在法定的基本科普教育資源公共服務(wù)上需要均等化的地區(qū)和領(lǐng)域,奠定計量實現(xiàn)基本科普教育資源公共服務(wù)均等化所需要財政支出的技術(shù)基礎(chǔ)。
第二,根據(jù)基本科普教育資源公共服務(wù)均等化狀況,評估需要均等化地區(qū)的財力和財政支付能力;調(diào)整和改革政府間關(guān)系,完善政府間轉(zhuǎn)移支付機制,實現(xiàn)地方政府基本科普教育資源公共服務(wù)財政能力均等化;明確政府間基本科普教育資源公共服務(wù)供給責(zé)任,提高地方政府科普教育資源的公共服務(wù)供給能力。在宏觀層面明確了政府間科普教育資源公共服務(wù)提供的事權(quán)范圍之后,還應(yīng)該解決事權(quán)落實所需要的財政能力問題。要著力從三個方面入手:一是中央政府盡快制訂全國基本科普教育資源公共服務(wù)框架內(nèi)的各項具體制度的最低標(biāo)準(zhǔn)。二是完善省以下政府財政的科普教育經(jīng)費的分擔(dān)機制。三是建立政府間各項基本科普教育資源的公共服務(wù)問責(zé)制。
第三,改革和完善科普教育資源公共服務(wù)領(lǐng)域的投資體制,提高公共財政投資效率和基本科普教育資源公共服務(wù)質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)結(jié)合政府轉(zhuǎn)型和推進公共服務(wù)建設(shè)的契機,在加強科普社會組織管理的同時,培育社會組織參與科普教育資源的公共服務(wù)的供給,政府購買科普社會組織的科普資源的公共服務(wù)??破丈鐣M織管理部門要制定有關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn),為政府購買科普社會組織的科普資源的公共服務(wù)創(chuàng)造條件。把社區(qū)科普、旅游科普、公共衛(wèi)生科普、災(zāi)害治理科普、科普教育等通過政府購買科普社會組織服務(wù)形式轉(zhuǎn)移給社會組織去做。形成全社會關(guān)心科普、參與科普的局面,真正實現(xiàn)科普教育和科普基地科普活動的社會化的良性運行機制。
第四,在加速城鎮(zhèn)化進程中,逐步消除科普教育資源的城鄉(xiāng)體制分割。科普教育基地的運行要堅持以社會公眾的知識需求為導(dǎo)向,要制定并實施科普基地社會公益設(shè)施配置標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃,大力調(diào)整科普基地的事業(yè)結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展基本科普教育的公共服務(wù),強化重點領(lǐng)域、重點人群、薄弱環(huán)節(jié)和薄弱地區(qū)的發(fā)展,擴大科普教育優(yōu)質(zhì)資源的供給能力,使包括遷移人口在內(nèi)的所有城市居民都能夠享有基本科普教育資源的公共服務(wù)。逐步統(tǒng)一城鄉(xiāng)科普教育資源的利用,形成城鄉(xiāng)勞動者平等接受科普教育的制度。
3. 2制定全國統(tǒng)一的科普教育基地認定與管理制度
為消解科普教育基地制度建設(shè)的混亂狀況,促進全國有限的科普教育資源的合理利用與資源共享。應(yīng)盡快由國家制定全國統(tǒng)一的科普教育基地認定與管理制度。統(tǒng)一的基本理念應(yīng)為:服務(wù)《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要》;確權(quán)與限權(quán);公開、公正、公平;便民、利民;權(quán)責(zé)一致;法治。其基本制度應(yīng)由以下幾種主要的制度構(gòu)成:主體確認制度、資格準(zhǔn)入度、嚴格程序制度、人文關(guān)懷制度、運行保障制度、有條件的撤銷制度。其主要實施機制應(yīng)當(dāng)包括:政府推動機制;科協(xié)和專業(yè)協(xié)會的領(lǐng)導(dǎo)、指導(dǎo)機制;社會力量的參與機制;社會公眾參與機制;服務(wù)對象的確定化機制;服務(wù)內(nèi)容的適時化和創(chuàng)新化機制;經(jīng)費保障機制;監(jiān)測、評估機制;激勵與約束機制;優(yōu)惠政策的協(xié)同實施機制。
3. 3建立全國科普教育基地稅收優(yōu)惠制度長效化機制
我國實際執(zhí)行的稅收優(yōu)惠制度是財政部、國家稅務(wù)總局、海關(guān)總署、科技部、新聞出版總署,2003年5月聯(lián)合了《關(guān)于鼓勵科普事業(yè)發(fā)展稅收優(yōu)惠政策問題的通知》和國家科技部頒布實施了《科普稅收優(yōu)惠政策實施辦法》中的制度安排,這兩個辦法中的制度安排不是長期的,而是有期限的,由于實際執(zhí)行的科普稅收優(yōu)惠制度是有期限的短期制度,致使科普基地的稅收優(yōu)惠制度難以形成長效化的機制,這既不利于科普基地的科普活動的長期規(guī)劃,嚴重制約了科普教育基地開展科普活的積極性、創(chuàng)造性,更使得科普教育基地難以形成持續(xù)發(fā)展的局面。為此,應(yīng)當(dāng)在落實法律法規(guī)對科普教育基地的稅收優(yōu)惠制度同時,形成長效化的制度機制。建議在《科普法的實施細則》制定中將科普活動稅收優(yōu)惠制度細化,通過具體可操作性的制度設(shè)計和實施機制實現(xiàn)科普教育基地稅收優(yōu)惠制度的規(guī)范化、長效化,或者制定專門的《科普活動稅收優(yōu)惠實施細則》。
3. 4全方位、多層次、寬領(lǐng)域地開展科普教育基地人才資源開發(fā)
首先,適應(yīng)社會知識化轉(zhuǎn)型的需要,全方位活化科普人才資源外聯(lián)合作機制。全國科普教育基地需全方位實行“走出去,請進來”的開放式的人才培養(yǎng)和使用機制。一方面與高校建立雙向的實訓(xùn)基地,建立“互促共進、優(yōu)勢互補”的雙贏合作機制;另一方面與同行業(yè)界建立諸如“人才互換、人才資源共享”的交流、整合機制。同時,還應(yīng)聘請學(xué)界、業(yè)界等各界相關(guān)領(lǐng)域知名專家到基地講學(xué)、培訓(xùn),拓展基地員工的科普視野和知識技能;或者聘任相關(guān)專家擔(dān)任基地顧問,指導(dǎo)和參與基地日??破展ぷ鳎罨厝瞬攀褂脵C制,優(yōu)化基地人才結(jié)構(gòu)。